29e25db16f16258330b4244ecdb6072046c882ad
[tinc] / src / graph.c
1 /*
2     graph.c -- graph algorithms
3     Copyright (C) 2001-2002 Guus Sliepen <guus@sliepen.warande.net>,
4                   2001-2002 Ivo Timmermans <itimmermans@bigfoot.com>
5
6     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
7     it under the terms of the GNU General Public License as published by
8     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
9     (at your option) any later version.
10
11     This program is distributed in the hope that it will be useful,
12     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14     GNU General Public License for more details.
15
16     You should have received a copy of the GNU General Public License
17     along with this program; if not, write to the Free Software
18     Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
19
20     $Id: graph.c,v 1.1.2.10 2002/03/19 22:48:25 guus Exp $
21 */
22
23 /* We need to generate two trees from the graph:
24
25    1. A minimum spanning tree for broadcasts,
26    2. A single-source shortest path tree for unicasts.
27
28    Actually, the first one alone would suffice but would make unicast packets
29    take longer routes than necessary.
30
31    For the MST algorithm we can choose from Prim's or Kruskal's. I personally
32    favour Kruskal's, because we make an extra AVL tree of edges sorted on
33    weights (metric). That tree only has to be updated when an edge is added or
34    removed, and during the MST algorithm we just have go linearly through that
35    tree, adding safe edges until #edges = #nodes - 1. The implementation here
36    however is not so fast, because I tried to avoid having to make a forest and
37    merge trees.
38
39    For the SSSP algorithm Dijkstra's seems to be a nice choice. Currently a
40    simple breadth-first search is presented here.
41
42    The SSSP algorithm will also be used to determine whether nodes are directly,
43    indirectly or not reachable from the source. It will also set the correct
44    destination address and port of a node if possible.
45 */
46
47 #include <syslog.h>
48 #include "config.h"
49 #include <string.h>
50 #if defined(HAVE_FREEBSD) || defined(HAVE_OPENBSD)
51  #include <sys/param.h>
52 #endif
53 #include <netinet/in.h>
54
55 #include <avl_tree.h>
56 #include <utils.h>
57
58 #include "netutl.h"
59 #include "node.h"
60 #include "edge.h"
61 #include "connection.h"
62
63 #include "system.h"
64
65 /* Implementation of Kruskal's algorithm.
66    Running time: O(EN)
67    Please note that sorting on weight is already done by add_edge().
68 */
69
70 void mst_kruskal(void)
71 {
72   avl_node_t *node, *next;
73   edge_t *e;
74   node_t *n;
75   connection_t *c;
76   int nodes = 0;
77   int safe_edges = 0;
78   int skipped;
79
80   /* Clear MST status on connections */
81
82   for(node = connection_tree->head; node; node = node->next)
83     {
84       c = (connection_t *)node->data;
85       c->status.mst = 0;
86     }
87
88   /* Do we have something to do at all? */
89   
90   if(!edge_weight_tree->head)
91     return;
92
93   if(debug_lvl >= DEBUG_SCARY_THINGS)
94     syslog(LOG_DEBUG, "Running Kruskal's algorithm:");
95
96   /* Clear visited status on nodes */
97
98   for(node = node_tree->head; node; node = node->next)
99     {
100       n = (node_t *)node->data;
101       n->status.visited = 0;
102       nodes++;
103     }
104
105   /* Starting point */
106   
107   ((edge_t *)edge_weight_tree->head->data)->from.node->status.visited = 1;
108
109   /* Add safe edges */
110
111   for(skipped = 0, node = edge_weight_tree->head; node; node = next)
112     {
113       next = node->next;
114       e = (edge_t *)node->data;
115
116       if(e->from.node->status.visited == e->to.node->status.visited)
117         {
118           skipped = 1;
119           continue;
120         }
121
122       e->from.node->status.visited = 1;
123       e->to.node->status.visited = 1;
124       if(e->connection)
125         e->connection->status.mst = 1;
126
127       safe_edges++;
128
129       if(debug_lvl >= DEBUG_SCARY_THINGS)
130         syslog(LOG_DEBUG, " Adding edge %s - %s weight %d", e->from.node->name, e->to.node->name, e->weight);
131
132       if(skipped)
133         {
134           next = edge_weight_tree->head;
135           continue;
136         }
137     }
138
139   if(debug_lvl >= DEBUG_SCARY_THINGS)
140     syslog(LOG_DEBUG, "Done, counted %d nodes and %d safe edges.", nodes, safe_edges);
141 }
142
143 /* Implementation of a simple breadth-first search algorithm.
144    Running time: O(E)
145 */
146
147 void sssp_bfs(void)
148 {
149   avl_node_t *node, *from, *next, *to;
150   edge_t *e;
151   node_t *n;
152   halfconnection_t to_hc, from_hc;
153   avl_tree_t *todo_tree;
154   int indirect;
155
156   todo_tree = avl_alloc_tree(NULL, NULL);
157
158   /* Clear visited status on nodes */
159
160   for(node = node_tree->head; node; node = node->next)
161     {
162       n = (node_t *)node->data;
163       n->status.visited = 0;
164       n->status.indirect = 1;
165     }
166
167   /* Begin with myself */
168
169   myself->status.visited = 1;
170   myself->status.indirect = 0;
171   myself->nexthop = myself;
172   myself->via = myself;
173   node = avl_alloc_node();
174   node->data = myself;
175   avl_insert_top(todo_tree, node);
176
177   /* Loop while todo_tree is filled */
178
179   while(todo_tree->head)
180     {
181       for(from = todo_tree->head; from; from = next)             /* "from" is the node from which we start */
182         {
183           next = from->next;
184           n = (node_t *)from->data;
185
186           for(to = n->edge_tree->head; to; to = to->next)        /* "to" is the edge connected to "from" */
187             {
188               e = (edge_t *)to->data;
189
190               if(e->from.node == n)                              /* "from_hc" is the halfconnection with .node == from */
191                 to_hc = e->to, from_hc = e->from;
192               else
193                 to_hc = e->from, from_hc = e->to;
194
195               /* Situation:
196
197                           /
198                          /
199                  ------(n)from_hc-----to_hc
200                          \
201                           \
202
203                  n->address is set to the to_hc.udpaddress of the edge left of n.
204                  We are currently examining the edge right of n:
205
206                  - If from_hc.udpaddress != n->address, then to_hc.node is probably
207                    not reachable for the nodes left of n. We do as if the indirectdata
208                    flag is set on edge e.
209                  - If edge e provides for better reachability of to_hc.node, update
210                    to_hc.node and (re)add it to the todo_tree to (re)examine the reachability
211                    of nodes behind it.
212               */
213
214               indirect = n->status.indirect || e->options & OPTION_INDIRECT || ((n != myself) && sockaddrcmp(&n->address, &from_hc.udpaddress));
215
216               if(to_hc.node->status.visited && (!to_hc.node->status.indirect || indirect))
217                 continue;
218
219               to_hc.node->status.visited = 1;
220               to_hc.node->status.indirect = indirect;
221               to_hc.node->nexthop = (n->nexthop == myself) ? to_hc.node : n->nexthop;
222               to_hc.node->via = indirect ? n->via : to_hc.node;
223               to_hc.node->options = e->options;
224               if(sockaddrcmp(&to_hc.node->address, &to_hc.udpaddress))
225               {
226                 node = avl_unlink(node_udp_tree, to_hc.node);
227                 to_hc.node->address = to_hc.udpaddress;
228                 if(to_hc.node->hostname)
229                   free(to_hc.node->hostname);
230                 to_hc.node->hostname = sockaddr2hostname(&to_hc.udpaddress);
231                 avl_insert_node(node_udp_tree, node);
232               }
233               node = avl_alloc_node();
234               node->data = to_hc.node;
235               avl_insert_before(todo_tree, from, node);
236             }
237
238           avl_delete_node(todo_tree, from);
239         }
240     }
241
242   avl_free_tree(todo_tree);
243   
244   /* Check reachability status. */
245
246   for(node = node_tree->head; node; node = next)
247     {
248       next = node->next;
249       n = (node_t *)node->data;
250
251       if(n->status.visited)
252       {
253         if(!n->status.reachable)
254         {
255           if(debug_lvl >= DEBUG_TRAFFIC)
256             syslog(LOG_DEBUG, _("Node %s (%s) became reachable"), n->name, n->hostname);
257           n->status.reachable = 1;
258         }
259       }
260       else
261       {
262         if(n->status.reachable)
263         {
264           if(debug_lvl >= DEBUG_TRAFFIC)
265             syslog(LOG_DEBUG, _("Node %s (%s) became unreachable"), n->name, n->hostname);
266           n->status.reachable = 0;
267           n->status.validkey = 0;
268           n->status.waitingforkey = 0;
269           n->sent_seqno = 0;
270         }
271       }
272     }
273 }
274
275 void graph(void)
276 {
277   mst_kruskal();
278   sssp_bfs();
279 }